1.2 - Greffage par extrusion bi-vis

Afin de diminuer la dégradation de l’ABS et d’augmenter les quantités d’ABS-g-MA produites, la réaction de greffage a été effectuée en extrudeuse bi-vis. On parle dans ce cas-là d’extrusion réactive. Dans le cadre de ce travail, deux méthodes ont été utilisées : une première nécessitant deux étapes, une deuxième mettant en œuvre une seule étape de fabrication de l’ABS-g-AM.

Méthodes de greffage par extrusion réactive en deux étapes

Dans un premier temps, le greffage est réalisé en deux étapes : une première de mélange de l’ABS avec l’AM puis une deuxième avec passage de ce mélange dans l’extrudeuse bi-vis en présence de DCP. La première étape de création d’un mélange maître ABS/AM a été

réalisée avec l’idée d’avoir un mélange homogène des deux composés avant toute réaction chimique. L’ajout de l’amorceur pourrait en effet conduire à des réactions secondaires impliquant l’AM avec lui-même ou de la même manière de l’ABS avec lui-même si le mélange des deux n’est pas homogène. Une élimination de l’AM résiduel qui n’aurait pas réagi avec le squelette polymère permettra d’observer les modifications du polymère au cours de la phase d’extrusion et permettra de vérifier que l’AM est bien venu se greffer à l’ABS lors de l’ajout de l’amorceur radicalaire.

Les conditions d’extrusion (températures) de la première étape sont résumées dans le Tableau 20.

Zone de régulation Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z6

Température (°C) 170 170 180 180 190 190

Tableau 20. Paramètres de réglage de l'extrudeuse bivis pour le mélange de l’anhydride maléique avec l’ABS

Le mélange est réalisé à partir de 290 g d’ABS (préalablement séché comme décrit dans le chapitre 2) et de 10 g d’AM. Le temps de séjour de la matière dans l’extrudeuse bivis observé est de 2 minutes 30 environ. En sortie d’extrudeuse, le mélange est extrudé dans une filière jonc puis granulé à l’aide d’un granulateur. La coloration de l’ABS a été nettement moindre que dans le cas du mélangeur interne, cependant une légère coloration est tout de même observée.

Les conditions de la deuxième étape, correspondant au greffage à proprement parler sont résumées dans le Tableau 21.

Zone de

régulation ^{Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z6} Température

(°C) ^{170 170 180 180 190 190} Vitesse de

rotation de la vis ^{300 tr/min}

Tableau 21. Paramètres de réglage de l'extrudeuse bivis pour la réaction de greffage radicalaire de l’anhydride maléique sur l’ABS : profils de température et vitesses de vis

La réaction est conduite avec 100 g du mélange ABS/AM obtenu précédemment et 0,1 g de péroxyde de dicumyle. Le temps de séjour observé était de 2 min 30 environ. La coloration finale du mélange a augmenté par rapport à la première étape mais reste bien moins intense que dans le cas de l’utilisation du mélangeur interne.

Afin de déterminer si la réaction de greffage a bien eu lieu, l’échantillon est analysé par spectroscopie infrarouge (FTIR en mode transmission), pour repérer la fonction carbonyle, portée par l’anhydride maléique uniquement, et se trouvant au nombre d’ondes de 1780 cm^-1. La présence de l’anhydride maléique apparait clairement à ce nombre d’ondes après le mélange des deux composés et avant purification, comme le montrent les spectres FTIR de la Figure 115.

Figure 115. Spectres Infra-rouge en transmission de l’ABS et du mélange ABS/AM avant purification

Après la réaction, il reste de l’AM résiduel qui n’a pas réagi et qu’il faut éliminer lors d’une étape de purification. Cet AM resté inactif est éliminé par dissolution/précipitation : environ 1 g de produit est dissout dans 20 mL d’acétone. La dissolution est lente et nécessite une agitation sur plusieurs heures. La solution est ensuite précipitée dans 200 mL d’éthanol au goutte à goutte pour avoir une bonne élimination de l’AM non réagi. L’AM est en effet

-0,15 0,05 0,25 0,45 0,65 0,85 1,05 400 900 1400 1900 2400 2900 3400 3900 T ra n sm it ta n ce ( %) Nombre d'ondes (cm-1) ABS ABS AM 1780 cm-1

soluble dans l’éthanol tandis que l’ABS, même modifié, précipite dans ce solvant. Le précipité blanc est ensuite filtré sur papier filtre et de nouveau analysé par FTIR.

Afin de vérifier que la méthode est efficace, deux mélanges ABS/AM sont testés : un mélange préparé avec l’amorceur DCP et un mélange sans amorceur où tout l’AM est donc supposé non réagi. Dans le cas du mélange sans amorceur DCP, le pic de la fonction carbonyle décroit très fortement jusqu’à disparition après l’étape de purification, ce qui valide la méthode d’élimination de l’AM résiduel. Dans le cas du mélange avec amorceur, le pic décroit légèrement mais reste très présent, comme l’illustrent les spectres de la Figure 116. Ces résultats confirment le fait que la réaction de greffage a bien eu lieu.

Figure 116. Spectres Infra-rouge en transmission du mélange ABS/AM avec et sans amorceur DCP après élimination de l’AM résiduel

Méthodes de greffage par extrusion réactive en une seule étape

Finalement, un dernier protocole a été suivi pour la synthèse du compatibilisant. En effet, le fait que l’ABS doive subir deux passages successifs en extrudeuse s’est révélé être une perte de temps et un risque d’augmenter la dégradation de l’ABS. Un seul passage a été finalement adopté avec l’introduction de l’ABS, de l’AM et de l’amorceur radicalaire DCP en

-0,15 0,05 0,25 0,45 0,65 0,85 1,05 400 900 1400 1900 2400 2900 3400 3900 T ra n sm it ta n ce ( %) Nombre d'ondes (cm-1) Avec DCP Sans DCP

amené des résultats similaires à ceux obtenus avec la méthode de greffage en deux étapes. De plus, la coloration observée du mélange final s’est révélée moins forte que précédemment. C’est donc ce protocole qui a été suivi pour la synthèse de l’ABS-g-AM utilisé dans le reste de ce travail.